package com.tree;


import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;

/**
 * 二分搜索树
 * 性质:
 * >>>每个节点的值大于左孩子的值
 * >>>每个节点的值小于右孩子的值
 */
public class BinarySearchIBSTree implements IBSTree {
    private BSTNode root;   //根节点
    private int count;  //节点的数量

    //---------------------------------------------------------------//
    //得到 node 的个数
    public int size() {
        return count;
    }

    //---------------------------------------------------------------//
    //判断tree是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return count == 0;
    }

    //---------------------------------------------------------------//
    public void insert(int key, int value) {
        //非常巧妙地实时更新 root 节点
        root = insert(root, key, value);
    }

    //在以 root 为根节点的二叉搜索树中根据键 key 来插入,如果 key 已经存在,则更新 value
    //返回插入节点后的二叉搜索树的根节点
    private BSTNode insert(BSTNode node, int key, int value) {
        if (node == null) {
            count++;
            return new BSTNode(key, value);
        }
        if (key == node.key) {
            node.value = value;
        } else if (key < node.key) {
            node.left = insert(node.left, key, value);
        } else {
            //key > node.key
            node.right = insert(node.right, key, value);
        }
        return node;
    }

    //---------------------------------------------------------------//
    /*查询二叉树是否包含指定 key 值*/
    public boolean contain(int key) {
        return contain(root, key);
    }

    private boolean contain(BSTNode node, int key) {
        if (node == null) {
            return false;
        }
        if (node.value == key) {
            return true;
        } else if (key > node.value) {
            return contain(node.right, key);
        } else {
            return contain(node.left, key);
        }
    }

    //---------------------------------------------------------------//
    /*返回 key 对应的 value 值*/
    public int search(int key) {
        return search(root, key);
    }

    private int search(BSTNode node, int key) {
        if (node == null) {
            throw new NullPointerException("key is not valid");
        }
        if (node.key == key) {
            return node.value;
        } else if (node.key > key) {
            return search(node.left, key);
        } else {
            return search(node.right, key);
        }
    }

    //---------------------------------------------------------------//
    //前序遍历
    void preOrder(BSTNode node) {
        if (node != null) {
            System.out.println(node.value);
            preOrder(node.left);
            preOrder(node.right);
        }
    }

    //中序遍历
    void inOrder(BSTNode node) {
        inOrder(node.left);
        System.out.println(node.value);
        inOrder(node.right);
    }

    //后序遍历
    void postOrder(BSTNode node) {
        preOrder(node.left);
        preOrder(node.right);
        System.out.println(node.value);
    }

    //层序遍历(广度优先遍历)
    /*  需要一个队列,步骤如下:
     *  (入队根节点后,循环的执行直到队列为空)
     *  >>1.出队一个节点,得到这个节点
     *  >>2.入队这个节点的左孩子与右孩子(如果有孩子的话).*/
    public void levelOrder() {
        ArrayBlockingQueue<BSTNode> queue = new ArrayBlockingQueue<BSTNode>(count);
        //这里使用offer()来加入元素,使用poll()来获取并移出元素
        // 入队根节点
        queue.offer(root);
        //循环的执行直到队列为空
        while (!queue.isEmpty()) {
            BSTNode node = queue.poll();
            System.out.println(node.value);
            if (node.left != null) {
                queue.offer(node.left);
            }
            if (node.right != null) {
                queue.offer(node.right);
            }
        }
    }

    //---------------------------------------------------------------//


    //得到整个树的最小值的节点

    public BSTNode getMinNode() {
        if (count != 0) {
            return getMinNode(root);
        }
        return null;
    }

    private BSTNode getMinNode(BSTNode node) {
        if (node.left == null) {
            return node;
        }
        return getMinNode(node.left);
    }

    //得到整个数的最大值的节点
    public BSTNode getMaxNode() {
        if (count != 0) {
            return getMaxNode(root);
        }
        return null;
    }

    private BSTNode getMaxNode(BSTNode node) {
        if (node.right == null) {
            return node;
        }
        return getMaxNode(node.right);
    }

    //---------------------------------------------------------------//

    //删除最小值所在的节点,并且返回根root
    public void removeMin() {
        if (root != null) {
            root = removeMin(root);
        }
        count--;
    }

    private BSTNode removeMin(BSTNode node) {
        if (node.left == null) {
            BSTNode rightNode = node.right;
            //todo why we can't use "return node.right"
            return rightNode;
        }
        node.left = removeMin(node.left);
        return node;
    }

    //删除最大值所在的节点,并且返回根root
    public void removeMax() {
        if (root != null) {
            root = removeMax(root);
        }
        count--;
    }

    private BSTNode removeMax(BSTNode node) {
        if (node.right == null) {
            BSTNode leftNode = node.left;
            return leftNode;
        }
        node.right = removeMax(node.right);
        return node;
    }

    //删除任意节点
    /*
    * 如果即将被删除的节点只有左孩子,那么就让右子树代替它(如果左右孩子都为空,也执行这个操作,无影响)
    * 如果即将被删除的节点只有右孩子,那么就让左子树代替它
    * 如果即将被删除的节点既有左孩子又有右孩子,那么就让右子树中的最小值代替它(1962,Hubbard Deletion算法)*/
    public void removeNode(int key) {
        removeNode(root, key);
        count--;
    }

    private BSTNode removeNode(BSTNode node, int key) {
        if (node == null) {
            return null;
        }
        if (key < node.key) {
            node.left = removeNode(node.left, key);
            return node;
        } else if (key > node.key) {
            node.right = removeNode(node.right, key);
            return node;
        } else {
            //现在找到 key 对应的 node 节点
            if (node.left == null) {
                //如果即将被删除的节点只有右孩子,那么就让左子树代替它
                BSTNode right = node.right;
                return right;
            } else if (node.right == null) {
                //如果即将被删除的节点只有左孩子,那么就让右子树代替它
                BSTNode left = node.left;
                return left;
            } else {
                //左右孩子都不为空,让右子树中的最小值代替它
                BSTNode rightNode = new BSTNode(getMinNode(node.right));   //得到右子树中的最小值
                //为更新后的节点的左右两个子树分别赋值吗
                rightNode.left = node.left;
                rightNode.right = removeMin(node.right);
                return rightNode;
            }
        }
    }


    /*LinkedNode 节点类*/
    private class BSTNode {

        int key;
        int value;
        BSTNode left;
        BSTNode right;

        BSTNode(int key, int value) {
            this.key = key;
            this.value = value;
            left = null;
            right = null;
        }

        BSTNode(BSTNode node) {
            this.key = node.key;
            this.value = node.value;
            left = node.left;
            right = node.right;
        }

    }

}
